章武元年(221年)，刘备称帝，建立蜀汉，魏延进封为镇北将军。建兴元年四月，刘备去世，五月，太子刘禅登基，魏延被封为都亭侯。五年，魏延为丞相司马、凉州刺史。
建兴八年，曹魏进军汉中，两军会战，魏延大破费瑶和郭淮。获得大胜的魏延也因此被提拔为前军师、征西大将军，授予假节，进封为南郑侯。
此后更是在诸葛亮北伐之时出奇谋，希望领军奇袭，走另走一路攻关中，最后与诸葛亮会师于潼关，但是由于前有韩信的例子，所以诸葛亮一直不许。所谓"天生反骨"，便是如此了。
《三国志》补注《魏略》记载：诸葛亮在第一次北伐时，魏延曾在军议上提出建议，因长安守将夏侯楙怯而无谋，故愿自请精兵五千，由子午谷直取长安，并认为夏侯楙一定会弃城逃走，而诸葛亮认为此计悬危而不用。
